专利名称：碳纳米管增强聚苯并咪唑复合物及其制备方法
技术领域：
本发明涉及碳纳米管增强聚苯并咪唑复合物，其结构式为
其中n为聚合度，其取值范围为20 50，丽NT为多壁碳纳米管(multiwalledcarbo皿Miotube)。 本发明涉及上述碳纳米管增强聚苯并咪唑复合物的制备方法，包括以下步骤
第一步、通过超声将多壁碳纳米管分散到盛有甲烷磺酸和五氧化二磷混合溶液的反应器中，然后加入4，4' -二苯醚二甲酸进行加温搅拌和氮气保护处理，获得功能性多壁碳纳米管溶液。 所述的甲烷磺酸和五氧化二磷混合溶液中甲烷磺酸和五氧化二磷的质量比为10 : l，其中多壁碳纳米管的质量百分比含量为O. 1% 2%。
所述的加温搅拌是指并于80 IO(TC下进行机械搅拌；
所述的氮气保护处理是指在氮气保护环境下反应4 12h ; 第二步、向功能性多壁碳纳米管溶液中加入3，3' -二氨基联苯胺并进行加温反应后，将反应器置于冰水中，依次经过碱洗、水洗和真空干燥处理得到碳纳米管增强聚苯并咪唑复合物。 所述的3，3' _二氨基联苯胺的摩尔数与4，4' -二苯醚二甲酸相同；
所述的加温反应是指在14(TC环境下反应40 120min。 本发明通过氮气氛围中的热重分析，一步法合成的1%碳纳米管增强聚苯并咪唑复合物比纯的苯并咪唑聚合物，热重损失5%时的温度高出50-70摄氏度，由此表明前者具有更高的热稳定性。此外，碳管含量为1 %的碳管增强聚苯并咪唑复合物其拉伸强度比纯的苯并咪唑聚合物高出40%，其屈服强度高出近60%，展现了优异的机械性能。
图1为实施例核磁氢谱示意图； 其中a和b分别是实施例1多壁碳纳米管接枝聚苯并咪唑(丽NT-g-0PBI)以及聚苯并咪唑(0PBI)的核磁氢谱。
图2为实施例透射电镜图； 其中a和b分别是实施例1多壁碳纳米管和多壁碳纳米管接枝聚苯并咪唑的透射电镜图片。
具体实施例方式
下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。 实施例1 于150ml的三口烧瓶中，依次加入45g提前溶好的甲烷磺酸和五氧化二磷(10g/lg)的溶液，0.0024g多壁碳纳米管以及1.2912g 4，4'-二苯醚二甲酸，超声60min，然后在机械搅拌，氮气保护下，于8(TC下反应12h。冷却至室温后，加入1.0713g 3，3'-二氨基联苯胺，继续于机械搅拌，氮气保护下，14(TC反应120min。停止反应，将蓝黑色反应溶液缓慢倒入冰水中，去离子水洗后，用碳酸氢钠溶液于6(TC下搅拌36h，再换成去离子水60°C下搅拌3h，最后在真空烘箱12(TC下干燥12h即得到目标产物黑色纤维状固体。
将上述产物用二甲亚砜索氏提取5天，得到黑色粉末状固体多壁碳纳米管接枝聚苯并咪唑。 本实施例制备所得的碳纳米管增强聚苯并咪唑复合物，其结构式为
其中n为20 50。 图la和b分别为多壁碳纳米管接枝聚苯并咪唑和聚苯并咪唑的核磁谱图，采用氖代的二甲亚砜为溶剂。a图和b图中的特征化学位移完全一致，强有力的证明了聚苯并咪唑的分子链成功接枝到多壁碳纳米管上。 图2a和b分别为多壁碳纳米管和多壁碳纳米管接枝聚苯并咪唑的透射电镜图片，于a图中光滑的碳纳米管对比，b图中的碳纳米管明显的包裹了一层聚合物，厚度在3-10nm，为聚苯并咪唑成功接枝到多壁碳纳米管上提供了直接的证据。
实施例2 于150ml的三口烧瓶中，依次加入27g提前溶好的甲烷磺酸和五氧化二磷(10g/lg)的溶液，0.0118g多壁碳纳米管以及1.2912g 4，4'-二苯醚二甲酸，超声30111111，然后在机械搅拌，氮气保护下，于10(TC下反应4h。冷却至室温后，加入1.0713g 3，3' -二氨基联苯胺，继续于机械搅拌，氮气保护下，14(TC反应60min。停止反应，将蓝黑色反应溶液缓慢倒入冰水中，去离子水洗后，用碳酸氢钠溶液于6(TC下搅拌36h，再换成去离子水60°C下搅拌3h，最后在真空烘箱12(TC下干燥12h即得到目标产物黑色纤维状固体。
本实施例制备所得的碳纳米管增强聚苯并咪唑复合物，其结构式为
其中n为20 50。
实施例3 于150ml的三口烧瓶中，依次加入21g提前溶好的甲烷磺酸和五氧化二磷(10g/lg)的溶液，0.0236g多壁碳纳米管以及1.2912g 4，4'-二苯醚二甲酸，超声30min，然后在机械搅拌，氮气保护下，于10(TC下反应4h。冷却至室温后，加入1.0713g 3，3' -二氨基联苯胺，继续于机械搅拌，氮气保护下，14(TC反应40min。停止反应，将蓝黑色反应溶液缓慢倒入冰水中，去离子水洗后，用碳酸氢钠溶液于6(TC下搅拌36h，再换成去离子水6(rC下搅拌3h，最后在真空烘箱12(TC下干燥12h即得到目标产物黑色纤维状固体。
本实施例制备所得的碳纳米管增强聚苯并咪唑复合物，其结构式为
<formula>formula see original document page 5</formula> 其中n为20 50。 碳纳米管增强聚苯并咪唑(丽NT-g-OPBI/OPBI)复合物具有更加优异的热稳定性、化学稳定性以及高强度高模量等良 的机械性能，在航空航天、微电子和半导体等很多领域会有更加广泛且深入的应用,
权利要求
一种碳纳米管增强聚苯并咪唑复合物，其特征在于，其结构式为其中n为聚合度，其取值范围为20～50，MWNT为多壁碳纳米管。F200910309898XC0000011.tif
2. 根据权利要求1所述的碳纳米管增强聚苯并咪唑复合物的制备方法，其特征在于，包括以下步骤第一步、通过超声将多壁碳纳米管分散到盛有甲烷磺酸和五氧化二磷混合溶液的反应器中，然后加入4，4' -二苯醚二甲酸进行加温搅拌和氮气保护处理，获得功能性多壁碳纳米管溶液；第二步、向功能性多壁碳纳米管溶液中加入3，3' -二氨基联苯胺并进行加温反应后，将反应器置于冰水中，依次经过碱洗、水洗和真空干燥处理得到碳纳米管增强聚苯并咪唑复合物。
3. 根据权利要求2所述的碳纳米管增强聚苯并咪唑复合物的制备方法，其特征是，所述的甲烷磺酸和五氧化二磷混合溶液中甲烷磺酸和五氧化二磷的质量比为10 : l，其中多壁碳纳米管的质量百分比含量为0. 1% 2%。
4. 根据权利要求2所述的碳纳米管增强聚苯并咪唑复合物的制备方法，其特征是，所述的加温搅拌是指并于80 IO(TC下进行机械搅拌。
5. 根据权利要求2所述的碳纳米管增强聚苯并咪唑复合物的制备方法，其特征是，所述的氮气保护处理是指在氮气保护环境下反应4 12h。
6. 根据权利要求2所述的碳纳米管增强聚苯并咪唑复合物的制备方法，其特征是，所述的3，3' -二氨基联苯胺的摩尔数与4，4' -二苯醚二甲酸相同。
7. 根据权利要求2所述的碳纳米管增强聚苯并咪唑复合物的制备方法，其特征是，所述的加温反应是指在14(TC环境下反应40 120min。
全文摘要
一种纳米复合材料技术领域的碳纳米管增强聚苯并咪唑复合物及其制备方法，包括通过超声将多壁碳纳米管分散到盛有甲烷磺酸和五氧化二磷混合溶液的反应器中，然后加入4，4’-二苯醚二甲酸进行加温搅拌和氮气保护处理，获得功能性多壁碳纳米管溶液；加入3，3’-二氨基联苯胺并进行加温反应后，将反应器置于冰水中，依次经过碱洗、水洗和真空干燥处理得到碳纳米管增强聚苯并咪唑复合物。本发明通过一步法合成的1％碳纳米管增强聚苯并咪唑复合物比纯的苯并咪唑聚合物，热重损失5％时的温度高出50-70摄氏度，拉伸强度比纯的苯并咪唑聚合物高出40％，其屈服强度高出近60％。
文档编号C08G83/00GK101717519SQ200910309898
公开日2010年6月2日 申请日期2009年11月18日 优先权日2009年11月18日
发明者印杰, 史子兴, 邵焕真 申请人:上海交通大学